Engineering of optical index based on metallic nanostructures
Ingénierie d'indice optique à base de nanostructures métalliques
Résumé
Plasmonic nanostructures are supporting plasmonic resonances which allow to confine the electromagnetic field and to govern the light behavior at a subwavelength scale. This thesis first deals with absorbing plasmonic structures. I have simulated, fabricated and characterized vertical metal / insulator / metal resonators (high aspect ratio grooves) which exhibit a total absorption in the infrared range. Besides, I have study the strong coupling regime in these resonators which led to very high quality factor. I show that it is also possible to couple several resonators to achieve photon sorting or widening of the absorption band. Furthermore, plasmonic devices are getting more and more complex, and their fast design can be achieved through a reduction of the computation time. I developed a modal method based on B-splines which allows, thanks to sparse matrices, to hasten the computations. Such methods can be used with a metaheuristic algorithm for the design of optical functions, e.g. a wide band absorber or a bandpass filter.
Les nanostructures métalliques sont le siège de résonances plasmoniques qui permettent de confiner le champ électromagnétique et de contrôler la lumière à une échelle très sublongueur d'onde. Les travaux de cette thèse portent en premier lieu sur la conception de structures plasmoniques agissant en absorption. Dans cette thèse, j'ai dimensionné, fabriqué et caractérisé des résonateurs métal / isolant / métal verticaux (sillons à grand rapport d'aspect) qui présentent une absorption totale dans l'infrarouge. Par ailleurs, j'ai étudié le couplage fort dans ces résonateurs qui mène à de très grands facteurs de qualité. Je montre qu'on peut également coupler plusieurs résonateurs pour faire du tri de photons et de l'absorption large bande. D'autre part, les systèmes plasmoniques deviennent plus complexes, et leur dimensionnement rapide passe par une réduction du temps de calcul. J'ai développé une méthode modale basée sur les B-splines qui permet, grâce à l'utilisation de matrices creuses, d'accélérer les calculs. De telles méthodes peuvent être utilisées conjointement avec un algorithme métaheuristique pour dimensionner des fonctions optiques, par exemple un absorbant large bande ou un filtre passe bande.